第一章 绪论 1
第一节 瓦斯抽采的必要性和迫切性 1
一、煤矿安全生产的迫切需求 1
二、对国家相关政策的积极响应 2
三、瓦斯抽采技术急需改进 3
第二节 水力压裂现状 8
一、油气领域水力压裂技术现状 8
二、煤层气领域水力压裂技术现状 14
第三节 煤矿井下水力强化的研究内容 16
一、煤矿井下水力强化技术的由来 16
二、煤矿井下水力强化的研究内容 17
三、煤矿井下水力强化发展趋势 19
第二章 煤岩体结构及力学性质 21
第一节 煤岩体结构的定量表征 21
一、煤岩体结构分类 21
二、岩体结构的定量表征 22
三、煤体结构的定量表征 24
第二节 煤岩体力学性质 29
一、完整煤岩体力学参数获取 30
二、非完整煤岩体力学参数获取 33
第三章 储层增透物理模拟 35
第一节 储层的渗透性 35
一、渗透率的基本概念 35
二、渗透率参数的获取 36
第二节 煤体结构全程演变过程中渗透特性的变化 42
一、应力应变-煤体结构-渗透率实验 42
二、煤体结构与渗透率的关系 47
三、有效应力与渗透率的关系 48
四、基质收缩与渗透率的关系 48
第三节 煤储层增透物理模拟 49
一、硬煤的造缝增透 49
二、软煤的卸压增透 51
第四章 瓦斯运移产出机理 53
第一节 瓦斯赋存状态 53
一、吸附态 53
二、溶解态 54
三、游离态 54
第二节 瓦斯流态判别方法 55
一、雷诺数对流态的描述 55
二、启动压力梯度法 55
三、地质强度因子（GSI）法 58
第三节 基于GSI的瓦斯运移产出机理 59
一、GSI≥45煤储层瓦斯运移产出机理 59
二、GSI≤45煤储层瓦斯运移产出机理 66
三、围岩抽采层瓦斯运移产出机理 71
第四节 瓦斯运移产出数值模拟 73
一、GSI≥45煤储层瓦斯运移产出数值模拟 73
二、GSI≤45煤储层瓦斯运移产出数值模拟 77
三、围岩抽采层中气、水两相达西渗流数值模拟 81
四、瓦斯运移产出数值模拟软件的开发 82
第五章 水力强化数理模型 86
第一节 地应力 86
一、地应力概念 86
二、地应力测量 86
第二节 基于GSI的水力压裂数理模型 104
一、水力压裂数理模型概述 104
二、裂缝几何模型 106
三、压裂液滤失 116
四、破裂与延伸压力 118
第三节 卸压增透理论模型 119
一、相关方程 119
二、钻孔周围的应力场分布 121
三、钻孔周围的场位移分布 122
四、钻孔塑性区及破碎区半径 123
五、渗透率分布 125
第四节 水力强化数值模拟 126
一、水力压裂数值模拟 127
二、卸压增透数值模拟 137
第六章 水力强化类型与增透机理 140
第一节 常规水力压裂 140
一、煤层常规水力压裂增透机理 140
二、围岩抽采层常规水力压裂增透机理 142
第二节 吞吐压裂 143
一、缝网改造的增透机理 143
二、硬煤储层吞吐压裂增透机理 149
三、围岩抽采层吞吐压裂增透机理 150
第三节 水力喷射压裂 151
一、水力喷射压裂基本原理 152
二、硬煤储层水力喷射压裂 154
三、围岩抽采层水力喷射压裂 154
第四节 水力压冲 155
一、注入式水力压冲增透原理 155
二、吞吐式水力压冲增透机理 158
第五节 水力冲孔 159
第六节 水力强化的多重效应 160
一、煤储层强化增透 160
二、抑制瓦斯涌出 160
三、改变煤体强度 161
四、扰动应力场和压力场 161
五、降尘作用 162
第七章 水力强化工艺 164
第一节 水力强化工艺优选 165
一、本煤层水力强化工艺 165
二、围岩抽采层水力强化工艺 169
三、围岩抽采层主孔——煤层分支钻孔 171
四、围岩抽采层钻孔一孔多用 173
第二节 水力强化封孔工艺 175
一、封孔深度 175
二、封孔方法 176
第三节 水力强化设计与实施 179
一、水力强化设计 179
二、安全防护与施工 179
三、总结分析报告 179
四、水力强化一览表 180
五、水力强化效果图 180
第四节 水力压裂过程中的压力分析 181
一、裂缝延伸模型 181
二、地层力学参数的求取 183
三、储层参数求取 184
第五节 水力强化效果评价 187
一、水力强化增透抽采效果评价 187
二、水力强化经济效益评价 191
三、水力强化多重效应评价 192
第八章 水力强化装备 194
第一节 专用水力压裂泵组 194
一、型号与基本参数 195
二、结构及原理 196
三、用途及使用 197
第二节 抽采钻孔水力作业机 198
一、型号与基本参数 199
二、结构及原理 200
三、用途及使用 203
第三节 附属设备 204
一、封隔器 204
二、水力喷射器及喷嘴 204
三、封孔材料 206
第九章 压裂液与支撑剂 208
第一节 压裂液 208
一、活性水压裂液 208
二、线性胶和交联冻胶压裂液 208
三、清洁压裂液 208
四、自生氮压裂液体系 209
五、泡沫压裂液 212
六、复合型压裂液 213
第二节 支撑剂 216
一、石英砂 216
二、低密度陶粒 217
三、树脂包层砂 217
四、树脂包衣坚果壳类 217
五、支撑剂类型对裂缝导流能力的影响 218
第三节 煤矿井下压裂液与支撑剂优化 222
参考文献 225
附录1 煤矿井下水力强化设计规范 233
附录2 煤矿井下水力强化作业规程 246
附录3 煤矿井下水力强化效果评价方法 262
附录4 煤矿井下钻孔水力强化安全技术要求 270